O desenvolvimento do desportivo avança com o apoio do presidente da Audi, Gernot Döllner. Tal como as gerações anteriores, será produzido em parceria com a Lamborghini, partilhando componentes com o futuro Lamborghini Temerario, sucessor do Huracán. Esta colaboração remonta a 2006, quando o R8 original foi lançado em conjunto com o Gallardo.

O novo R8 será alimentado por um motor V8 biturbo de 4,0 litros da Lamborghini , com 789 cv e 1000 Nm de binário. Três motores elétricos adicionais elevarão a potência para 907 cv. A bateria de iões de lítio de 3,8 kWh permitirá até 10 km de condução exclusivamente elétrica.

A tração integral será assegurada por dois motores no eixo dianteiro e um terceiro colocado entre o V8 e a caixa automática de dupla embraiagem de oito velocidades, otimizando a regeneração de energia e a performance.

O R8 híbrido plug-in deverá atingir os 100 km/h em menos de três segundos e alcançar uma velocidade máxima próxima dos 338 km/h, tornando-se potencialmente o Audi de estrada mais rápido da história. Atualmente, esse título pertence ao E-tron GT RS, com 912 cv e aceleração dos 0 aos 100 km/h em 3,3 segundos.

Com um motor que pode atingir 10.000 rpm, o novo R8 manterá o carácter emocionante das gerações anteriores, apesar da mudança para um sistema híbrido.

O chassi será baseado na estrutura spaceframe de alumínio do Lamborghini Temerario, reduzindo o número de componentes em 50% e as soldas em 80%, enquanto melhora a rigidez estrutural em 25%.

O R8 de terceira geração poderá também marcar o regresso da Audi às corridas de resistência, como as 24 Horas de Nürburgring, com versões homologadas para competições FIA.

A produção terá lugar na fábrica de Böllinger Höfe, na Alemanha, onde os modelos anteriores também foram fabricados. O regresso do R8 surge como parte da estratégia da Audi e do Grupo Volkswagen para prolongar a vida útil de alguns modelos a combustão e expandir a gama de híbridos plug-in.